بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به معرفی نوع جدیدی از دالهای بتنی پیشساختهی پیچ و مهرهای میپردازد که ضمن داشتن مقاومت بالا از سبکی وزن نیز برخوردار میباشند. دال بتنی از قطعات پیش ساخته بتنی به طول شش تا دوازده متر تشکیل شده که توس پیچهای فولادی با قابلیت پیش تنیدگی به یکدیگر متصل میشوند. تکیهگاههای فولادی مثلثی شکل که در زیر دال نصب میگردند، به عنوان تکیهگاههای میانی دال عمل کرده و با تعبیه غلتک در انتهای آزاد آنها، کابل از روی این غلتکها عبور میکند. با استفاده از روشهای ساده، سیستم معرفی شده مورد تحلیل قرار گرفته و نحوه طراحی و جزئیات اجرای اتصالات پیچ و مهرهای آن ارائه میگردد. دال بتنی پیش ساخته کابلی در دهانههای بزرگ و همچنین پلسازی قابل استفاده میباشد.
1. مقدمه
در طراحی پوشش سازه های بزرگ دهانه علاوه بر مسائل ایستائی و مقاومت، فاکتورهایی نظیر اقتصادی بودن طرح، سهولت اجرا و سرعت عمل اجرای طرح نیز حائز اهمیت میباشند. تا کنون روش های مختلفی برای پوشش این نوع سازه ها ابداع شده است که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند و مطالعاتی در رابطه با رفتار این سازهها در شرای متفاوت بارگذاری صورت گرفته است 1@ و .>2 روش های متداول برای پوشش این نوع دهانه ها مانند استفاده از خرپا، تیرورق، تیرهای بتنی پیش فشرده، تیرهای کابلی متکی به کابل - کابل از زیر - و ... می باشند.
هزینه بالای اجرای روشهای ذکر شده و یا صعوبت اجرای آنها، از معایب این سیستمها میباشد. روشهای تحلیلی و عددی متعددی در خصوص تحلیل و طراحی دالهای پیشتنیده و مدلسازی آنها به صورت صفحات نازک در مراجع ارائه شده است 3] و .[4 در این مقاله برای پوشش دهانه های بزرگ روشی معرفی می شود که در آن تیرها کاملاً حذف شده و ایستائی و مقاومت سازه منحصراً توس دال بتنی پیش ساخته و کابل تأمین می شود. به علت حذف تیرها و همچنین پیش ساخته بودن دال بتنی، سرعت عمل نصب این نوع سازه بسیار بالاست. این روش گزینهای مناسب جهت پوشش فضاهای بزرگ دهانه و هچنین پل های سبک و پل های تجهیزات صنعتی انتقال مواد می باشد که ضمن داشتن سبکی وزن سازه و سهولت اجرا از سرعت عمل قابل ملاحظه در اجرا و مزایای پیش ساخته سازی نیز برخوردار است.
2. معرفی سیستم پوشش و اجزای تشکیلدهنده
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، سیستم پوشش معرفی شده دارای سه المان اصلی میباشد: -1 دال بتنی پیش ساخته، -2 تکیه گاه معلق مشبک فلزی، -3 کابل فلزی. در ادامه به بررسی جزئیات هر یک از این المانها پرداخته میشود.
شکل -1 نمای طولی دال به همراه تکیه گاه معلق مشبک فلزی و کابل
کلیه ی دال های بتنی مربوط به این طرح به صورت پیش ساخته می باشد که با میلگردهای فولادی به صورت مقطع بتن مسلح طرح شده و در محل اتصال به دال بعد، ریشههای انتظار میلگردهای طولی به میزان طول مورد نیاز وصله مطابق شکل 2 وجود دارند. دالها در محل اتصال دارای پاشنههای بتنی بوده که سوراخهایی در آنها جهت عبور پیچهای مقاومت بالا تعبیه شده است. نقش این پیچها، تامین مقاومت برشی مورد نیاز مقطع در محل اتصال است.
قسمت فوقانی اتصال پس از نصب با گروت بدون افت مطابق شکل 3 پوشش داده میشود، تا اتصال یکپارچه گردد. در واقع، میلگردهای موجود جهت انتقال لنگر منفی در محل اتصال تعبیه میشوند. به این ترتیب، سیستم به صورت یکپارچه عمل کرده و در تحلیل میتوان دال بتنی را پیوسته در نظر گرفت. دال های بتنی پیش ساخته را میتوان در طول های شش متر تا دوازده متر ساخت تا امکان حمل آن ها به محل نصب با سهولت بیشتری صورت پذیرد.
شکل -3 جزئیات محل اتصال دال های پیش ساخته
برای جلوگیری از تمرکز تنش در محل مهره و گل پیچ بر روی بتن از واشرهای مقاومت بالای دور پهن استفاده می گردد. در هنگام بستن نهائی پیچ ها و محکم کردن آن ها تنش فشاری ایجاد شده بر روی بتن باید از مقاومت فشاری مجاز بتن کم تر باشد تا در این نقطه عکس العمل نیروی کششی ایجاد شده در پیچ باعث خرد شدن بتن نشود و به همین جهت قطر و ضخامت واشر دور پهن به گونه ای طراحی می گردد که این منظور را برآورده کند. به منظور تأمین سطح اتصال و امکان نصب پیچ ، دال های بتنی پیش ساخته به صورت لبه دار طراحی می شوند.
تکیه گاه های معلق فلزی که در محل اتصال دال ها تعبیه می شوند به عنوان تکیه گاه دال عمل نموده و عکس العمل تکیه گاهی را به کابل منتقل میکنند - شکل . - 3 تکیه گاه های معلق به صورت یک خرپای فلزی طراحی شده و عناصر آن فق نیروهای کششی و فشاری را تحمل می کنند. تکیه گاه های معلق توس پیچ هایی که قبلاً در دال بتنی تعبیه شده به آن متصل می گردند. این پیچ ها از نوع مقاومت بالا بوده و برای تحمل نیروی برشی طراحی می شوند.
تکیه گاه های معلق توس غلتک های تعبیه شده در پایه، نیروی انتقالی از دال بتنی را به کابل منتقل می کنند. غلتک ها از نوع مقاومت بالا بوده از فولادهای مقاومت بالا و ضد زنگ ساخته می شوند. کابل فلزی وظیفهی انتقال نهائی نیرو به تکیه گاه های دو انتهای سازه را به عهده دارد. در انتهای کابل در تکیهگاه با استفاده از ابزار مهار انتهای زنده در سیستم پستنیدگی شامل پین و گوه مخصوص، انتقال نیروی فشاری حاصل از کابل به بتن صورت میگیرد.
3. روش تحلیل و طراحی
نخستین قدم در تحلیل و طراحی این سیستم تعیین فاصله تکیهگاههای معلق و در نتیجه طول دالهای پیش ساخته است. این فاصله به نحوی باید انتخاب شود که وزن دالهای پیش ساخته بهینه باشد و ابعاد دال پیش ساخته باید به نوعی انتخاب شود که قابلیت تحمل نیروهای داخلی ایجاد شده در مقطع را داشته باشد. بدیهی است که هرچه تعداد تکیهگاههای معلق بیشتر باشد میتوان دهانه دال را کوچکتر در نظر گرفت و وزن دال سبک تر میشود، ولی در مقابل هزینه ی ساخت و تعبیهی تکیهگاههای معلق بیشتر میشود. بسته به دهانه اصلی که بایستی پوشش داده شود و محدودیت در طول و تعداد دالهای بتنی پیشساخته، میتوان فاصله بهینهی تکیهگاههای معلق را بدست آورد.
تعیین ارتفاع مناسب تکیهگاههای معلق به عنوان گام دوم طراحی اولیه میحسوب میشود. با توجه به اینکه تغییر شکل حداکثر سازه در وس دهانه مسئله مهمی است ، پس از تعیین کلیه ابعاد باید این مهم کنترل گردد. در حدس اولیه تعیین ارتفاع تکیهگاه وس از رابطهی h=L/25 استفاده میشود که در آن L طول دهانه است. پس از تعیین ارتفاع تکیهگاه وس ، ارتفاع مابقی تکیهگاهها تعیین میشود. ارتفاع تکیهگاهها باید به نحوی تعیین شوند که نیروهای تکیهگاهی کابل به تناسب بین آنها تقسیم شود.
اگر ارتفاع تکیهگاههای معلق نامناسب طراحی شود ممکن است به بعضی تکیهگاهها نیرو وارد نشود و در نتیجه نیروی وارد بر تکیهگاههای دیگر بیشتر شود، که باعث غیر اقتصادی شدن طرح میگردد. همچنین چنانچه انتخاب ارتفاع نامناسب تکیهگاهها باعث صفر شدن نیرو در یکی از تکیهگاهها شود دهانهی دال در آن فاصله دو برابر شده که میتواند منجر به شکست آن میگردد. برای کنترل توزیع بار مناسب بین تکیهگاهها میتوان از این اصل استفاده کرد که اگر سه تکیهگاه متوالی در یک امتداد باشند نیروی وارد بر تکیهگاه میانی صفر است. این موضوع با ترسیم پیکره آزاد یک غلتک متکی به کابل که در شکل 5 نشان داده شده است، مشهود است.
